전계
전기기사 필기 2004년 1회 11번
| 과목 / 챕터 | 전기자기학 / 진공 중의 정전계 |
|---|---|
| 인지 유형 | memory |
| 난이도 | Level 2 |
Q문제
정전계내에 있는 도체 표면에서의 전계의 방향은 어떻게 되는가?
선택지 분석
1
임의의 방향
오답 함정 분석
전계의 방향은 도체의 형상과 전하 분포에 의해 결정되므로 임의로 정해지지 않습니다.
2
표면과 접선방향
오답 함정 분석
접선 성분이 존재하면 전하가 이동하게 되어 정전기적 평형 상태를 유지할 수 없습니다.
3
표면과 45도 방향
오답 함정 분석
수직이 아닌 각도는 접선 성분을 포함하게 되므로 정전계의 성질에 위배됩니다.
표면과 수직방향
정답 상세 해설
정전계 내 도체 표면의 전계는 항상 표면에 수직입니다.
•
Step 1: 도체 내부 및 표면의 전위 특성을 확인합니다. 정전기적 평형 상태에서 도체 내부의 전계는 0이며 도체 전체는 등전위체를 형성하므로 도체 표면은 등전위면이 됩니다.
•
Step 2: 전계와 전위의 관계를 적용합니다. 전계는 전위의 기울기에 마이너스를 취한 벡터량(E = -grad V)으로 수학적으로 등전위면의 법선 방향을 향하게 됩니다.
•
Step 3: 물리적 평형 조건을 고려합니다. 만약 전계가 표면에 수직이 아니라면 접선 성분이 존재하게 되고 이 성분에 의해 표면 전하가 이동하게 됩니다. 전하가 이동하지 않는 정전계 상태에서는 접선 성분이 0이어야 하므로 전계는 반드시 수직 방향이어야 합니다.
자주 묻는 질문
Q.
도체 표면에서 전계의 접선 성분이 존재할 수 있나요?
정전계 상태에서는 접선 성분이 존재할 수 없습니다. 접선 성분이 있다면 전하가 이동하여 전류가 흐르게 되기 때문입니다.
Q.
도체 내부의 전계 세기는 얼마인가요?
정전기적 평형 상태에서 도체 내부의 전계 세기는 항상 0입니다.